在Java中实现Diffie-Hellman密钥交换

Question

我试图用Java实现Diffie-Hellman密钥交换，但我很难理解规范：

根据JWA（RFC 7518），在直接密钥协商模式下，使用曲线P-256、dT和QC完成Diffie-Hellman密钥交换过程，作为本地机制，产生一对由事务ID标识的CEK（每个方向一个）。本规范版本支持的参数值为：

• alg： ECDH-ES
• "apv"： SDK参考号
• epk：QC，JSON Web Key（JWK）格式
• {"kty"："EC""crv"："P-256"}
• 所有其他参数：不存在
• CEK："kty"： oct-256位

创建包含以下数据的JSON对象作为要签名的JWS负载：

{“MyPublicKey”：“QT”，“SDKPublicKey”：“QC”}

根据JWS（RFC 7515）使用JWS Compact序列化生成完整JSON对象的数字签名。本规范版本支持的参数值为：

• “alg”：PS256或ES256
• “x5c”：X.5C v3:Cert（MyPb）加上可选的链接证书

据我了解，ECDH将生成一个密钥。共享我的临时公钥（QT）后，SDK生成相同的密钥，因此我们可以稍后交换使用相同密钥加密的JWE消息。

JSON{"MyPublicKey"："QT"、"SDKPublicKey"："QC"}将被签名并发送，但是我不明白如何使用apv和epk，因为这些头参数在JWE中使用，而不是在第一个要共享的JWS中。

在同一个规范中，他们谈论这些JWE消息，但是他们没有这些apv和epk参数。

根据JWE（RFC 7516）使用SDK使用的相同“enc”算法加密JSON对象，CEK由“kid”和JWE Compact序列化标识。本规范版本中支持的参数值为：

• "alg"： dir
• "enc"： A128CBC-HS256或A128GCM
• "孩子"：事务ID
• 所有其他参数：不存在

我还阅读了RFC 7518中的示例，其中我可以看到使用的头参数apv和epk，但我不确定哪个头参数，JWE的还是JWS的？

任何关于如何使用nimbus jose jwt或任何其他java库实现这一点的想法都会非常有用。谢谢

Answer 1

我能够为A128CBC-HS256生成密钥。然而，在128GCM中仍然没有成功。使用帮助nimbus jose库添加A128CBC-HS256的工作示例。以下代码仅用于密钥生成。

还请注意，我覆盖了nimbus jose类以供使用。希望能有帮助。

private void generateSHA256SecretKey(AREQ areq, ECKey sdkPubKey, KeyPair acsKeyPair) throws Exception {

        // Step 4 - Perform KeyAgreement and derive SecretKey
        SecretKey Z = CustomECDH.deriveSharedSecret(sdkPubKey.toECPublicKey(), (ECPrivateKey)acsKeyPair.getPrivate(), null);

        CustomConcatKDF concatKDF = new CustomConcatKDF("SHA-256");

        String algIdString = "";
        String partyVInfoString = areq.getSdkReferenceNumber();
        int keylength = 256; //A128CBC-HS256            

        byte[] algID = CustomConcatKDF.encodeDataWithLength(algIdString.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        byte[] partyUInfo = CustomConcatKDF.encodeDataWithLength(new byte[0]);          
        byte[] partyVInfo = CustomConcatKDF.encodeDataWithLength(partyVInfoString.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        byte[] suppPubInfo = CustomConcatKDF.encodeIntData(keylength);
        byte[] suppPrivInfo = CustomConcatKDF.encodeNoData();

        SecretKey derivedKey = concatKDF.deriveKey(
            Z,
            keylength,
            algID,
            partyUInfo,
            partyVInfo,
            suppPubInfo,
            suppPrivInfo);

        System.out.println("Generated SHA256 DerivedKey : "+SecureUtils.bytesToHex(derivedKey.getEncoded()));       
    }

Answer 2

Nimbus（以及Jose4j）不是实现规范的最佳选择（我猜它是3D安全2. x. x）。

这些库不返回内容加密密钥，而是根据JWE规范使用它加密或解密消息。

我发现Apache CXF Jose库作为JWE/JWS/JWK实现做得很好。除了生成短暂的密钥对。但这可以很容易地用充气城堡来完成：

Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
ECGenParameterSpec ecGenSpec = new ECGenParameterSpec(JsonWebKey.EC_CURVE_P256);
KeyPairGenerator g = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM_SIGNATURE_EC, "BC");
g.initialize(ecGenSpec, new SecureRandom());
KeyPair keyPair = g.generateKeyPair();

可以使用以下代码生成内容加密密钥：

byte[] cek = JweUtils.getECDHKey(privateKey, publicKey, null, SDKReferenceNumber, "", 256);

并用于加密消息以获得JWE紧凑表示：

JweEncryption jweEncryption = JweUtils.getDirectKeyJweEncryption(cek, contentAlgorithm);
JweHeaders head = new JweHeaders();
head.setHeader(JoseConstants.HEADER_KEY_ID, keyId);
String encrypted = jweEncryption.encrypt(contentToEncrypt.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), head);

或解密：

JweCompactConsumer compactConsumer = new JweCompactConsumer(encrypted);
JweHeaders head = compactConsumer.getJweHeaders();
JweDecryption jweDecryption = JweUtils.getDirectKeyJweDecryption(cek, head.getContentEncryptionAlgorithm());
JweDecryptionOutput out = jweDecryption.decrypt(encrypted);
String decrypted = out.getContentText();

Answer 3

apv（协议方yvinfo）和epk（临时公钥）都是可选的，因此它们可以以多种方式使用。例如，您可以使用apv来反映SDK版本。它们被添加到JWE标题中。

你可以在这里阅读更多关于光环JWE的信息

使用Nimbus JOSE的示例如下：

import java.net.URI;
import java.net.URISyntaxException;
import java.security.KeyStore;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Set;

import com.nimbusds.jose.*;
import com.nimbusds.jose.jwk.Curve;
import com.nimbusds.jose.jwk.ECKey;
import com.nimbusds.jose.jwk.KeyOperation;
import com.nimbusds.jose.jwk.KeyUse;
import com.nimbusds.jose.util.Base64;
import com.nimbusds.jose.util.Base64URL;

public class Security {

    public void generateJWE() throws JOSEException, URISyntaxException {
        JWEHeader jweHeader = buildJWEHeader(new Base64URL("202333517"), buildECKey());
        JWEObject jweObject = new JWEObject(jweHeader, new Payload("Hello World!"));
    }

    private JWEHeader buildJWEHeader(Base64URL apv, ECKey epk) {
        JWEHeader.Builder jweBuilder = new JWEHeader.Builder(JWEAlgorithm.ECDH_ES, EncryptionMethod.A128GCM);
        jweBuilder.agreementPartyVInfo(apv);
        jweBuilder.ephemeralPublicKey(epk);
        return jweBuilder.build();
    }

    private ECKey buildECKey() throws URISyntaxException {
        Set<KeyOperation> keyOperations = new HashSet<>();
        keyOperations.add(KeyOperation.ENCRYPT);
        String transactionID = "73024831";
        URI x5u = new URI("https//website.certificate");
        KeyStore keystore = null; //initialize it
        List<Base64> x5c = new ArrayList<>();
        return new ECKey(Curve.P_256, new Base64URL("x"), new Base64URL("y"), KeyUse.ENCRYPTION, keyOperations, Algorithm.NONE, transactionID, x5u, new Base64URL("x5t"), new Base64URL("x5t256"), x5c, keystore);
    }
}

而不是加密方法。A128GCM可以使用Encryptionmethod。A128CBC-HS256与您的规范相同。apv和epk被添加到JWEHeader内部的构建器中。其他参数可以在JWEHeader的构造函数中选择。生成器和ECKey。我用的是ECDH-ES算法，A128GCM加密方法，P-256曲线（ECKey生成中默认为椭圆曲线），事务ID为字符串。我选择了其他参数，没有任何明确的模式。KeyStore的初始化对于示例来说过于宽泛。在签名和其他操作中，加密只是JWE可以做的一件事。